負(fù)責(zé)提供時鐘參考信號的CMOS振蕩器,是現(xiàn)代通信系統(tǒng)里面最常見和最重要的模塊之一。
CMOS振蕩器主要可以分為電感電容(LC)振蕩器和環(huán)形振蕩器兩種類型。電感電容振蕩器,它具有較好的相位噪聲性能,可適用于高頻等特點;
環(huán)形振蕩器,它具有面積較小,調(diào)諧范圍較寬等特點,它們均能作為鎖相環(huán)的一部分,應(yīng)用在不同參數(shù)要求的通信系統(tǒng)之中。
高頻譜純度和低功耗是LC振蕩器設(shè)計中的重點和難點,而電流效率則與這兩者均有著緊密的聯(lián)系,這讓電流效率成為近些年來振蕩器研究的一個熱門方向。
本文對工業(yè)界廣泛使用的B類和C類振蕩器的電流效率進(jìn)行了定量的分析和計算,得到了關(guān)于在大幅度情況下,電流效率與臨界角,導(dǎo)通角之間的表達(dá)式,仿真結(jié)果表明,理論與仿真數(shù)據(jù)誤差在5%以內(nèi)。
此外,電流效率不僅可以應(yīng)用于推導(dǎo)出大幅度情況下1/f2噪聲的表達(dá)式,還可以應(yīng)用于高Figure-of-Merit(FoM)值振蕩器的設(shè)計。
射頻識別(RFID)技術(shù)由于具有在短時間內(nèi)無需接觸就能快速識別大量信息的優(yōu)點,它經(jīng)常被用于提高信息(物流信息,標(biāo)簽信息)識別的時效性及準(zhǔn)確度。
鎖相環(huán)為RFID芯片提供參考頻率,是決定RFID芯片接收和發(fā)射性能的關(guān)鍵部分,而壓控振蕩器則是設(shè)計的重點和難點。
設(shè)計的鎖相環(huán)輸出工作頻率范圍為840~960 MHz,功耗為31.21 mW,在距中心頻率840.125MHz頻偏100kHz處的相位噪聲為-108.5 dBc/Hz,頻偏1MHz處的相位噪聲為-132.3 dBc/Hz。與同類鎖相環(huán)相比較,本文電路在噪聲和功耗方面具有一定優(yōu)勢。
環(huán)形振蕩器由于其無電感,面積小,可實現(xiàn)較寬的調(diào)諧范圍,在低中頻通信系統(tǒng)中得到了廣泛使用。
本文闡述了環(huán)形振蕩器的兩種應(yīng)用:
一種是在1.5GHz~3GHz電荷泵鎖相環(huán)中的應(yīng)用,它的實際輸出頻率為1.13 GHz~3.73GHz,在偏離中心頻率100 KHz處的相位噪聲為-60.49 dBc/Hz,偏離中心頻率1MHz處的相位噪聲為-86.84 dBc/Hz;
另一種是開環(huán)補償技術(shù)對環(huán)形振蕩器電源噪聲的消減,使用帶負(fù)反饋的電流偏置電路補償由于電源噪聲引起的中心頻率變化,噪聲消除效果良好,電源敏感度僅為0.0095mUI/mV。
仿真結(jié)果表明,環(huán)形振蕩器總的功耗為1.7mW,在1MHz頻偏處噪聲為96.5dBc/Hz。